發(fā)布時(shí)間：2022-01-17 05:15

　　薄平板在汽輪機(jī)末級(jí)葉片和風(fēng)力機(jī)葉片等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,也作為基準(zhǔn)對(duì)象用于流線型箱梁的顫振研究中。由于不同來流攻角對(duì)薄平板氣動(dòng)性能的影響不同,因此研究不同攻角下薄平板的顫振機(jī)理,把握其顫振特性,對(duì)保障結(jié)構(gòu)安全具有重要意義。以寬高比為40的薄平板模型為研究對(duì)象,基于不同風(fēng)攻角下的顫振導(dǎo)數(shù),采用雙模態(tài)耦合顫振分析方法,通過對(duì)不同攻角下顫振過程中氣動(dòng)阻尼、彎扭運(yùn)動(dòng)相位的差異性分析,研究了薄平板在不同風(fēng)攻角下的顫振機(jī)理,指出了影響顫振性能的主要原因。研究結(jié)果表明:0°和3°攻角下顫振性能相似,均為扭轉(zhuǎn)主導(dǎo)的彎扭耦合顫振;在5°和7°攻角下,薄平板雖然發(fā)生扭轉(zhuǎn)主導(dǎo)的彎扭耦合顫振,但此時(shí)非耦合氣動(dòng)力提供的氣動(dòng)正阻尼顯著減小,而耦合氣動(dòng)力提供的氣動(dòng)負(fù)阻尼增強(qiáng),因而直接導(dǎo)致了大攻角下薄平板顫振臨界風(fēng)速的顯著降低;同時(shí),隨著攻角由小到大變化,彎扭運(yùn)動(dòng)間的相位差也隨之變化,并在7°攻角下發(fā)生了翻轉(zhuǎn)式性轉(zhuǎn)變:由扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)滯后于豎向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱素Q向運(yùn)動(dòng)滯后于扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。研究成果揭示了薄平板在大攻角下顫振性能弱化的氣動(dòng)彈性力學(xué)機(jī)理,為工程薄平板的顫振設(shè)計(jì)提供了參考。 

【文章來源】：振動(dòng)工程學(xué)報(bào). 2020,33(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支計(jì)算流程圖

圖1 扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支計(jì)算流程圖顫振計(jì)算結(jié)果及風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如表2所示。結(jié)果顯示，無論是顫振風(fēng)速還是顫振頻率，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果均具有很好的吻合度，最大計(jì)算誤差僅為5%。計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了顫振導(dǎo)數(shù)準(zhǔn)確性，同時(shí)也表明此顫振導(dǎo)數(shù)可以作為基礎(chǔ)參數(shù)，用以揭示不同攻角下薄平板的顫振機(jī)理。圖4,5給出了薄平板在不同攻角下的，氣動(dòng)阻尼比及模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化曲線。從氣動(dòng)阻尼比的變化規(guī)律來看（圖4），不同攻角下扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)阻尼比首先達(dá)到“由正變負(fù)”的狀態(tài)，即平板在0°到7°的不同攻角下的顫振形態(tài)均由扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支主導(dǎo)。不同攻角下對(duì)應(yīng)氣動(dòng)阻尼比隨折算風(fēng)速的變化曲線表現(xiàn)出了顯著差異，表明不同攻角下顫振導(dǎo)數(shù)的變化直接導(dǎo)致了氣動(dòng)阻尼比的顯著變化；當(dāng)動(dòng)力參數(shù)相同時(shí)，盡管不同攻角下的顫振導(dǎo)數(shù)差異較大，但模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化規(guī)律卻大致相同，且不同攻角下的顫振頻率保持一致。

顫振計(jì)算結(jié)果及風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如表2所示。結(jié)果顯示，無論是顫振風(fēng)速還是顫振頻率，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果均具有很好的吻合度，最大計(jì)算誤差僅為5%。計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了顫振導(dǎo)數(shù)準(zhǔn)確性，同時(shí)也表明此顫振導(dǎo)數(shù)可以作為基礎(chǔ)參數(shù)，用以揭示不同攻角下薄平板的顫振機(jī)理。圖4,5給出了薄平板在不同攻角下的，氣動(dòng)阻尼比及模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化曲線。從氣動(dòng)阻尼比的變化規(guī)律來看（圖4），不同攻角下扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)阻尼比首先達(dá)到“由正變負(fù)”的狀態(tài)，即平板在0°到7°的不同攻角下的顫振形態(tài)均由扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支主導(dǎo)。不同攻角下對(duì)應(yīng)氣動(dòng)阻尼比隨折算風(fēng)速的變化曲線表現(xiàn)出了顯著差異，表明不同攻角下顫振導(dǎo)數(shù)的變化直接導(dǎo)致了氣動(dòng)阻尼比的顯著變化；當(dāng)動(dòng)力參數(shù)相同時(shí)，盡管不同攻角下的顫振導(dǎo)數(shù)差異較大，但模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化規(guī)律卻大致相同，且不同攻角下的顫振頻率保持一致。盡管圖4和5所示的結(jié)果從宏觀上解釋了氣動(dòng)阻尼比及模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化規(guī)律，但是卻不能直觀地解釋影響氣動(dòng)阻尼及模態(tài)頻率變化的因素并闡釋具體的顫振形態(tài)，還需要開展進(jìn)一步的分析。由于Case 1,Case 2及Case 3模態(tài)頻率及氣動(dòng)阻尼比隨折算風(fēng)速的變化曲線較為相似，限于篇幅，下文僅以Case 2為例，詳細(xì)探討薄平板在不同攻角下的顫振機(jī)理。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3594109